基于LabVIEW/SIMULINK的自動配電系統數字仿真研究

崔俊濤，王　永，何　斌（.北京航空航天大學，北京　009；.海軍潛艇學院，山東青島　66000）

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基于LabVIEW/SIMULINK的自動配電系統數字仿真研究

崔俊濤1，王永1，何斌2
（1.北京航空航天大學，北京100191；2.海軍潛艇學院，山東青島266000）

摘要：多電(全電)技術是航空科技發展的新趨勢。通過對多電飛機配電系統的分析研究，利用LabVIEW/SIMULINK仿真平臺模擬建立能夠反應多電飛機配電系統結構運行原理的仿真系統，結果表明：該仿真系統能夠對不同工況下一次配電系統的特性，以及基于負載優先級進行自動管理的二次配電系統進行模擬，為設計多電飛機的配電系統提供了較為方便有效的參考。

關鍵詞：自動配電系統；LabVIEW/SIMULINK；仿真

隨著科技的迅猛發展，飛機正朝多電、全電趨勢發展[1]。利用現代計算機仿真技術，針對先進飛機供電系統的仿真研究也在不斷發展進步。文獻[2-3]使用Saber軟件對典型的機載負載建立了模型，對飛機的供電系統搭建了仿真模型，并模擬了發電機故障情況下供電轉換和故障保護等特性，主要側重于建立部件精確的數學模型和對電性能的分析；文獻[4]和文獻[5]利用LabVIEW分別針對高壓直流供電系統和變頻交流系統故障重構、余度供電等特性進行了仿真研究，重在邏輯功能的實現；文獻[6]對先進直升機的配電系統半實物仿真的關鍵技術進行了研究。

本文基于LabVIEW/SIMULINK仿真平臺開發先進戰機配電數字仿真系統，對配電系統的故障隔離、系統重構、余度供電、容錯供電以及基于負載優先級的負載自動管理等相關特性進行了仿真研究。

1　自動配電系統

多電飛機配電系統包含一次配電系統和二次配電系統。一次配電系統從發電機直接或通過相應變換獲得電能，主要用于對電網整體的控制和保護，二次配電系統從一次配電系統獲得電能并傳輸給電氣負載，并由固態功率控制器(SSPC)對電氣負載進行電源控制和過載保護。系統具有電力自動管理和分配能力，通過系統處理機(PSP)、負載管理中心(ELMC)以及固態功率控制器(SSPC)根據機上電氣負載分類（關鍵飛行負載、關鍵任務負載、非關鍵負載）以及基于負載優先級[7]的不同為負載提供可靠的、容錯的、不中斷的供電。

圖1　總體顯控界面

2　配電系統模型

該多電飛機自動配電數字仿真系統利用Lab?VIEW/SIMULINK平臺進行開發。利用LabVIEW實現系統的人機交互、一次配電系統的邏輯處理和模擬結果顯示，以及二次系統中的SSPC控制信號的顯示。如圖1所示。

利用SIMULINK實現二次配電系統中PSP、ELMC、SSPC等主要功能模型的建立，如圖2所示。

在此，PSP的主要功能為處理供電請求和優先級處理；ELMC的主要功能為負責解算狀態方程和負載控制方程。該二次配電系統模型主要功能為：根據一次系統反饋的故障情況信息以及飛行任務（不同的飛行任務負載的優先級不同）解算電氣負載方程，輸出SSPC的通斷控制信號，從而實現自動配電。

圖2　二次配電模型

3　配電系統數字仿真

飛機飛行任務階段和系統故障情況類型較多，現以最大巡航階段左發電機LG，右發電機RG，1號變流機INV1相繼發生故障為例，進行仿真驗證。

（1）一次配電系統：故障發生后，發電機接觸器LGB、RGB斷開，隔離故障的發電機LG、RG，輔助電源接觸器IPUB閉合，連接接觸器BTB1、BTB2閉合，輔助電源IPU代替LG、RG向左、右舷主干配電網絡供電；接觸器INB1斷開隔離故障的變流器INV1，接觸器BTB4閉合，由匯流條BUS7向BUS6供電。如圖3所示，可見，各匯流條能繼續保持電力供應。

（2）二次配電系統：故障發生后，電源系統容量不能滿足該飛行階段正常工作時的功率要求，依據此時的電源系統電量以及設定好的負載優先級，求解負載控制方程確定相關負載的通斷。可見，優先級低的負載被切除（工作負載的總功率以此時系統電源總功率為限）。

4　小結

本文基于LabVIEW/SIMULINK對先進戰機配電系統一次配電系統的故障隔離、系統重構、余度供電、容錯供電等特性，以及二次配電系統的基于負載優先級的負載自動管理特性進行了仿真驗證研究，達到了預期效果。今后可此為基礎對先進飛機配電系統關鍵部件開展實物、半實物仿真研究。

圖3　故障后一次配電系統

圖4　故障后二次配電系統

參考文獻：

［1］沈頌華.航空航天器供電系統［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2005.

［2］梁家琳，周元鈞，董世良.多電飛機電力系統集成仿真技術研究［J］.電力電子，2006（4）：11-14.

［3］吳小華，徐剛.飛機供電系統的Saber仿真［J］.計算機仿真，2008（2）：70-73.

［4］陳衛華.飛機270V高壓直流供電系統結構及仿真技術研究［D］.南京：南京航空航天大學，2010.

［5］程智勇.大型客機供電系統機構及模擬驗證技術研究［D］.南京：南京航空航天大學，2011.

［6］劉楊.先進直升機配電系統半實物仿真關鍵技術研究［D］.北京：北京航空航天大學，2012.

［7］鞏建英，謝拴勤，慕德俊.基于負載優先級的電力分配方法［J］.測控技術，2014（6）：79-82.

(編輯：向飛)

Research on Digital Simulation of Automatic Distribution System Based on LabVIEW / SIMULINK

CUI Jun-tao1，WANG Yong1，HE Bin2
（1. Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing100191，China；2. Naval Submarine University，Qingdao266000，China）

Abstract:More Electric Aircraft is a new technology development of the Aviation Technology，which is more complex. Based on the analysis of the distribution system of MEA，a simulation system based on LabVIEW would be established that can run More Electric Aircraft power distribution system structure，the study shows that the system can simulate primary power distribution character of MEA as well as the second power distribution based on the load priority auto-management system in different working condition，which offer an effectively way to design distribution system.

Key words:power distribution system；LabVIEW/SIMULINK；simulation

作者簡介：第一崔俊濤，男，1982年生，河北滄州人，碩士研究生，工程師。研究領域：電力電子與電力傳動。

收稿日期：2015－05－21

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 028

中圖分類號：TM762

文獻標識碼：A

文章編號：1009－9492 ( 2015 ) 11－0105－03